高清视频会议系统中多点控制单元初探

高清视频会议系统中多点控制单元初探

摘要:由于受地域空间不同的影响,当政府、企业、学校等各类组织无法面对面开会时,会通过网络召开高清视频会议,通过网络可以实现将物理上分散在不同空间的人进行连接。目前视频会议已被广泛应用在政府办公、企业经营、学校教学等诸多领域中。视频会议系统,是一种能把音频、视频、数据等多媒体从一个地域传送到另一个地域(例如从北京会场传送到上海会场)的通信系统。其涉及的最重要设备就是多点控制单元,多点控制单元英文为 MULTI CONTROL UNIT,下文简写为MCU。本文首先介绍什么是高清视频会议系统,然后介绍网络技术,接着围绕最重要的设备 MCU 展开讨论,最后针对 MCU 在视频会议中所起的作用进行分析。随着 IP 网络及通信技术的飞速发展,传统的电话会议和邮件往来已不能紧跟时代的发展,时代需要一种集音频信号、视频信号、数据信号于一体的多媒体会议方式,视频会议正是这种新的会议方式,IP 网络和多媒体技术是视频会议的基础,视频会议技术正是在此基础上发展起来的一种技术。通过网络召开视频会议,能够帮助人们跨域空间障碍实现实时交流。在网络中音视频并不是通过模拟信号的形式进行传输,而是通过数字信号的形式进行传输。视频终端首先完成模拟信号到数字信号的转换,将数字信号通过各种压缩算法进行压缩,然后经过网口传递至网络以达远方会场。各分会场的音视频流最终都汇聚在 MCU 上,在 MCU 上做完相应处理后又重新发往各分会场,所以说 MCU 是视频会议系统中最重要的设备。

一、什么是高清视频会议系统

(1)高清视频会议系统的组成部分

视 频 会 议 系 统 的 组 成 包 括 视 频 会 议 终 端( 例 如POLYCOM HDX 系列视频终端)、多点控制单元(MCU)、用于传输的网络、会议控制软件以及相关附件五大部分组成,相关附件可以是各种输入输出的音像设备。高清视频会议需行业曲线link industry AppraisementDOI:10.3969/j.issn.1001- 8972.2022.03.031可替代度影响力可实现度行业关联度真实度要所有的终端都兼容高清设备,充足的带宽也是实现高清视频会议的重要因素。能够生产高清视频会议设备的厂家包括宝利通、华为、三星等。视频会议是利用数字信号与模拟信号的互转技术、数字信号压缩技术、H.323 协议并利用现有的网络将多媒体信号传输至远方会场。用户会有身在一间会议室的感觉,以达到面对面沟通交流的效果。视频会议的模式包括点对点会议模式(此模式不需要 MCU)、点对多点会议模式和多点对多点会议模式。

(2)设备与协议

组成视频会议五大部分中的任何部分都涉及设备和协议。设备包括 MCU、视频终端、会议控制服务器、摄像头、音视频矩阵、高清投影机、数字电视机、调音台、麦克风、话筒、功放、IP 电话等。常用的视频会议协议包括 H.323协议集和 SIP 协议集。H.323 协议集包括 H.225 呼叫协议;H.245 能力交换协议;H.239 双流协议;RTP 实时传输协议;RTCP 实时传输控制协议等一系列协议,每一个协议都有其独立的功能。

(3)视频会议的目的

视频会议提供了一种当人们无法面对面交流时,无法在同一个空间开会时的解决方案,利用网络技术和多媒体技术使人们如同在同一个会议室面对面交流。因为可以节约人们因为出差而发生的差旅、酒店等费用,并且提高了组织的运行效率,所以视频会议技术备受组织青睐。

二、网络技术

(1)专网与互联网

网络技术是视频会议的基础,高清视频会议要求必须不低于 1Mbit/s 的带宽以保障会议。承载高清视频会议的网络可以是政府、企业、学校的专网,也可以是互联网。如果政府、企业、学校有足够的资金则会组建专网,即租用运营商提供的专线将分散在各地的局域网连接起来组成专网,运营商都提供专线租赁业务,专网的安全性肯定优于互联网。利用互联网召开视频会议需要做专门的系统性安全保护,因为互联网是非安全的。例如“腾讯会议”就是典型的架构在移动互联网上的视频会议系统。

(2)数模转换

在会议室最初采集到的信号为模拟信号,视频会议首先将模拟信号转换为数字信号,在视频会议终端上完成数模转换。视频终端针对数字信号进行压缩;然后将压缩后的数字信号通过网络传输到远端;在远端的视频终端上进行解压缩;将解压缩后的数字信号还原成人能够识别的模拟信号并通过音响和视频设备播出。上述就是数模转换的过程。对数字信号的压缩分为有损压缩和无损压缩:常见的有损压缩包括 MP3、WAA、OGG 等;常见的无损压缩包括APE、FLAC 等,无损压缩能够 100% 还原原文件的所有数据;G.722.1.C 是宝利通公司专利无损压缩算法。

(3)数据包的封装

音视频流的数据包在网络的封装遵循 TCP/IP 模型。数据包在应用层被实时传输协议(RTP)封装;在传输层被用户数据报协议(UDP)协议封装;在网络层被 IP 封装,形成可路由的数据包;在数据链路层被封装成帧并在网络传输。

三、多点控制单元

(1)什么是多点控制单元(MCU)

多点控制单元(MCU)也叫多点会议控制器,多点控制器(MC)和多点处理器(MP)组成了 MCU。MCU 的作用类似于一台交换机并有独立的资源板卡。各地分会场的音视频流汇聚于 MCU,在 MCU 中从音视频流中剥离出音频流、视频流和数据流,然后将音频流、视频流和数据流分别分离出信息和信令。MCU 将同一种类型的信息和信令送入相应的处理模块进行处理:音频流的信息和信令送入音频模块处理;视频流的信息和信令送入视频模块处理;数据流的信息和信令送入数据模块处理。处理完音视频流和数据流后,在 MCU 上完成音视频流的混合和音视频流的切换。因为 MCU 有交换机的功能,所以可以在 MCU 上完成音视频流、数据流的路由选择和数据广播。MCU 同时可以管理并控制会议过程,包括控制视频会议的各种参数等。MCU 重新整合音视频流、数据流后结合确定的路由信息,送往各地分会场的视频会议终端,各地分会场再将音视频流还原成模拟信号通过音响和视频设备播放显示出来。

(2)MCU 的两种模式

MCU 有两种工作模式:其一是全适配转发模式,此模式要求所有的参会会场必须使用相同的视频协议、相同的呼叫速率、相同的分辨率,并不会对音视频流做任何处理而仅仅是转发,此模式是最简化的视频会议模式;其二是全编全解模式,全编全解模式允许各会场使用不同的视频协议、不同的呼叫速率、不同的分辨率,在此模式的 MCU 上有专门的板卡对音视频流做单独处理,目前市场上的 MCU 多数是全编全解模式。

(3)MCU 的级联

MCU 支持数字级联,且最大支持 5 级级联。数字级联采用无缝对接,主会场的信号经过两级 MCU 转发给下级分会场,中间无须编解码处理,音视频效果未受损伤,除转发的网络延时外,跟使用同一台 MCU 无差别。使用级联技术可以使会场操作更方便简单。两 MCU 间有严格的上下级关系,上级 MCU 进行广播操作后,下级 MCU 会自动进行广播,主会场发送辅流后,辅流也会自动发送给下级的所有会场,统一维护调度任何无须额外操作。MCU 支持多通道级联,且设有快捷的操作方式,此做法充分降低管理人员的运维压力。视频会议系统根据 MCU的级联多通道的线路类型和数量,自动调度出多通道级联会议,并且自动生成多通道参数信息,给用户带来更加理想的效果。通过使用 MCU 级联的方式,可以有效解决分层组网、提高会议容量等问题。

四、MCU 在视频会议中的作用

(1)三种模式

视频会议模式分为点对点、点对多点、多点对多点三种。在点对点模式中,视频终端直接通过网络连接另一个视频终端,无须经过 MCU;点对多点模式中,MCU 通过网络连接视频终端,与每一个视频终端都有单独的连接通道;多点对多点模式属于多 MCU 分级会议应用,这种分层结构的会议系统方便所有 MCU 及终端设备能够统一管理,同级MCU 在这种模式中地位是平等的。

(2)21 个流程

MCU 为与会各终端提供音频视频处理服务、会议管理服务、数据信息信令交换服务等,而且上述服务仅能由MCU提供,所以说MCU在视频会议中处于非常重要的地位。MCU 的规模决定了视频会议的规模。各分会场的视频终端加入视频会议或者离开视频会议时,MCU 会修改能力集。在网络中有网守的情况下,MCU 从启动到结束呼叫流程上可以分为 21 步:流程 1 到流程 8 为 H.225 呼叫建立流程,MCU 与视频终端建立呼叫连接,H.225 是启动下面流程的关键;流程 9 至流程 11 为 H.245 控制信令流程,完成能力集的交互与确定、同一链路的主从确定并打开逻辑通道;流程 12 至流程 15 为媒体流和媒体控制流的传输流程,是真正传输音视频数据包的过程;流程 16 至流程 21 为呼叫的释放过程,关闭逻辑通道,结束整个呼叫控制流程。

(3)MCU 控制台上可实现操作

在 MCU 控制台上可定义会议的模版,会议模版规定了呼叫速率、分辨率等关键的视频会议参数;每次会议可以建立新的会议室,也可以用之前的会议室,建立新的视频会议室可以调用定义过的会议模版;在 MCU 控制台右侧的地址簿上可存入各会场的 IP 地址,方便开视频会议室随时调用;MCU 控制台上方的控制键为方便会议管理员设计;MCU控制台下方是对视频会议的各种参数的实时监控。

五、结语

综上所述,随着现代信息技术的不断发展,政府、企业、学校等各行各业的人们都可以利用网络召开视频会议。高清视频会议的关键是数模转换、压缩与解压缩技术,而压缩与解压缩是在 MCU、视频终端上完成的。视频会议在很大程度上提高了参会人员的工作和学习效率,视频会议设有录播服务器可以对整个会议全程录音录像,方便了未参会人员通过回放了解会议内容。随着大数据、云技术的飞速发展,高清视频会议将迎来更清晰、更高效、更方便管理的未来。

作者:郭天锐 单位:昆仑数智科技有限公司